Mg-Pr二元体系热力学优化（2）

相图热力学优化是材料设计理论和方法最重要的组成部分，是新材料的开发和应用的重要依据之一。相图计算即CALPHAD技术，主要是依据化学热力学原理和基本关系，计算热力学体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定以后，这个物质体系的全部热力学性质都可以计算出来，其中包括相图。镁合金是最轻的一种金属结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子工业等许多领域。镁一镨合金作为镁合金的一种，也具有非常广阔的应用前景。本工作采用瑞典皇家工学院开发的相平衡计算软件Thermo-Calc系统，利用CALPHAD技术，通过选择或建立合理的热力学模型，将相图和热力学数据联系起来，对镁-镨二元合金体系相图和热力学数据进行热力学优化和评估，获得自洽的Mg-Pr体系的热力学描述即体系中所有物相，包括溶体相和金属间化合物的Gibbs自由能，为相关材料的设计和工艺制定服务。     

Mg—Pr二元体系热力学优化（1）

相图热力学优化是材料设计理论和方法最重要的组成部分，是新材料的开发和应用的重要依据之一。相图计算即CALPHAD技术，主要是依据化学热力学原理和基本关系，计算热力学体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定以后，这个物质体系的全部热力学性质都可以计算出来，其中包括相图。镁合金是最轻的一种金属结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子工业等许多领域。镁-镨合金作为镁合金的一种，也具有非常广阔的应用前景。本工作采用瑞典皇家工学院开发的相平衡计算软件Thermo—Calc系统，利用CALPHAD技术，通过选择或建立合理的热力学模型，将相图和热力学数据联系起来，对镁-镨二元合金体系相图和热力学数据进行热力学优化和评估，获得自洽的Mg—Pr体系的热力学描述即体系中所有物相，包括溶体相和金属问化合物的Gibbs自由能，为相关材料的设计和工艺制定服务。     

高性能铜合金热力学数据库的开发及其在材料设计中的应用

利用相图计算(CALPHAD)方法,采用亚规则溶体模型描述溶体相的吉布斯自由能,采用亚点阵模型描述金属间化合物和有序相的吉布斯自由能,并结合相平衡和热力学性质的实验数据,优化与计算Cu-X二元系以及Cu-Fe、Cu-Ni、Cu-Cr、Cu-Co、Cu-Mo和Cu-W基各三元系的相图,获得自洽性良好的热力学参数,并建立铜合金热力学数据库。该数据库可以提供稳定和亚稳的相图计算、相分数计算、液相面计算、热力学性质的计算等多种信息,为外推计算铜基多元合金系的相平衡提供理论基础,并为高性能铜合金材料的设计及制备提供重要的理论指导。     

Mg-Pr二元体系热力学优化（3）

相图热力学优化是材料设计理论和方法最重要的组成部分，是新材料的开发和应用的重要依据之一。相图计算即CALPHAD技术，主要是依据化学热力学原理和基本关系，计算热力学体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定以后，这个物质体系的全部热力学性质都可以计算出来，其中包括相图。镁合金是最轻的一种金属结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子工业等许多领域。镁-镨合金作为镁合金的一种，也具有非常广阔的应用前景。本工作采用瑞典皇家工学院开发的相平衡计算软件Thermo-Calc系统，利用CALPHAD技术，通过选择或建立合理的热力学模型，将相图和热力学数据联系起来，对镁-镨二元合金体系相图和热力学数据进行热力学优化和评估，获得自洽的Mg-Pr体系的热力学描述即体系中所有物相，包括溶体相和金属间化合物的Gibbs自由能，为相关材料的设计和工艺制定服务。     

热力学优化Bi-Ni二元系

基于文献报导的实验数据,采用相图计算（CALPHAD）方法,热力学优化了Bi-Ni二元系相图。该二元系的液相、fcc_A1（Ni）相和rhombohedral_A7（Bi）相用替换溶液模型来描述,其过剩吉布斯自由能用Redlich-Kister多项式来表达。考虑到晶体结构（NiAs型）以及与多组元体系热力学数据库的兼容性,中间化合物BiNi相采用亚点阵模型：（Bi）（Ni,Va）（Ni,Va）;Bi3Ni相处理为化学计量比化合物。最后,通过优化该二元系实测的相图和热力学数据,获得一组能够表达各相吉布斯自由能的自洽的热力学参数。根据这些热力学参数计算的相图和热力学数据与报导的实验数据吻合良好。     

Cu-Ni-Sn三元系相平衡的热力学计算

基于Cu-Ni-Sn三元系的相平衡和热力学的实验信息,采用亚正规溶体模型描述液相和fcc相的Gibbs自由能,为了预测该体系中bcc相的A2-B2有序-无序转变,bcc相的Gibbs自由能采用双亚点阵模型进行描述.利用CALPHAD(相图计算)方法评估了Cu-Ni-Sn三元系各相的热力学参数,计算的富Cu侧相图和热力学性质与实验数据比较一致.并对该三元系中bcc相的A2-B2有序-无序转变及fcc相的溶解度间隙进行了计算.这些计算结果对利用析出强化以及Spinodal分解开发高强度和高导电性的新型Cu基合金的组织设计具有一定的指导意义.     

La-Mg-Ni体系富镁角的热力学优化与计算

运用CALPHAD方法系统地对La-Mg-Ni三元体系富镁角进行热力学优化与计算。选取置换溶液模型描述液相,三亚点阵模型描述La2Mg17-xNix,定化学计量比化合物模型描述LaMg2Ni,最终获得一组具有良好自恰性的热力学模型与参数。通过相图软件Pandat计算获得该区域的液相投影面图、673和773 K下的等温截面相图以及平衡反应等,且计算得到的相图和热力学数据与试验数据较好地吻合。     

ZrO2−CaO−TiO2体系的热力学模拟

ZrO2?CaO?TiO2体系相图对光催化材料和耐火材料的发展至关重要.采用CALPHAD方法研究ZrO2?CaO?TiO2体系.亚正规溶体模型用于描述液相和固溶相,亚点阵模型用于描述三元化合物.然后,结合文献实验结果,利用最小二乘法得到热力学参数.应用本研究优化的热力学参数,计算1473和1673 K下ZrO2?Ca...     

Mo-RE二元合金相图的热力学数据库

利用CALPHAD方法,选择和建立合理的热力学模型,并结合相平衡及热力学性质的相关实验信息,对Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)各二元系相图进行了热力学优化与计算。其中,液相和端际固溶体相的Gibbs自由能采用亚正规溶体模型描述,气相的Gibbs自由能采用理想气体模型描述。计算结果与实验数据取得了良好的一致性,最终得到了一组自洽的合理描述Mo-RE二元系各相自由能的热力学参数,建立了Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)二元合金相图的热力学数据库。该热力学数据库可以提供相平衡及热力学性质等多种信息,为外推计算三元以及更多组元体系的相平衡提供理论基础,并为相关体系的合金设计及制备提供重要的理论指导。     

Nd-Fe-B-Dy四元系热力学数据库的建立及其合金设计

本研究利用CALPHAD方法,采用合理的热力学模型,热力学优化和计算了Nd-Dy、Dy-B二元系和Fe-B-Dy、Dy-Fe-Nd、B-Dy-Nd三元系的相图,并利用文献报道的其他子二元系和三元系的热力学参数,充分考虑了热力学模型的统一性和参数的兼容性,建立了Nd-Fe-B-Dy四元系合金的热力学数据库,并应用该数据库,预测了Nd-Fe-B-Dy四元合金Nd16-xDyxFe77B7 (x≤5 at.%)的纵截面相图;同时还分析了一系列不同Dy含量的永磁合金在平衡凝固下各相相分数随温度的变化情况。这些计算信息对掺镝NdFeB永磁合金的组织设计以及制备工艺参数的选择具有重要的指导意义。     

镍基高温合金相关相图的高通量测定与热力学优化

对相图的常用实验测定方法进行综述,以Cr-Ni-Ru三元体系相图的高通量测定为例,展示高效测定二元、三元相图的扩散多元节方法。基于相图计算(Calculation of phase diagrams,CALPHAD)方法,以Cr-Ru二元体系和Cr-Ni-Ru三元体系的热力学优化为例,阐述Cr-Ni-Ru三元体系热力学数据库建立的具体流程,分析当前镍基高温合金研究效率低下的原因。结果表明:快速建立与定量预测材料成分、相、组织、性能关系的高通量实验和计算方法是促进未来镍基高温合金研究发展的重点。     

Mo-Re和W-Re二元体系的热力学和相图优化

应用CALPHAD方法和Thermo-Calc软件，对Mo-Re和W-Re二元系进行了热力学优化，得到了与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好的结果。由于Mo-Re和W-Re体系较为相似，同时进行优化，尤其是对Re端际的补充熵进行了统一，建立了更为合理的Mo-Re和W-Re相图。     

Fe-Ti二元体系的热力学重新优化(英文)

为提高Fe-Ti二元系外推到三元或多元体系的能力,应用CALPHAD方法重新优化了该二元系。与前人的优化工作相比,重点放在对两个二元金属间化合物Fe2Ti和FeTi的热力学描述上。因目前普遍采用双亚点阵模型来描述C14_Laves相,所以采用双亚点阵模型来描述Fe2Ti相。通过检验包含Fe-Ti二元系的三元体系Fe-Ti边界上Fe2Ti相的均匀化范围进一步证实了Fe2Ti相的相边界。FeTi相具有BCC_B2晶体结构,因而将其处理成为BCC_A2相的有序相,并且用统一的Gibbs 能函数来描述有序和无序相。另外一个特别关注的方面就是重现这两个化合物的实测热容。计算结果与有关相图和热力学性质实验结果的广泛对比显示两者符合得很好,从而证明了所得热力学描述的有效性。     

Pt-Al-Cr体系的相图集成建模与计算

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金，开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据，计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓和形成焓等热力学性质，计算得到的相图和热力学性质与实验数据和第一性原理计算数据吻合较好。在此基础上，结合相图计算方法(CALPHAD)通过热力学外推优化建立Pt-Al-Cr三元体系的成分-温度相图模型。使用该模型计算Pt-Al-Cr体系液相面投影图和873.15、1 073.15、1 273.15 K的等温截面图，热力学计算结果与实验数据吻合较好。     

基于热、动力学计算模拟研发梯度硬质合金

对于材料研发和过程参数优化来说,掌握材料体系的热、动力学信息并基于CALPHAD(相图计算)方法进行计算模拟是一种强有力且高效的方式。CALPHAD计算结果的准确性在很大程度上取决于热力学和动力学数据库的质量。基于前期建立的热力学数据库(CSUTDCC1)和动力学数据库(CSUDDCC1),对硬质合金研发过程中所关心的烧结"碳窗口"、立方相组分等信息进行了计算模拟。研究了几种在真空和不同N_2分压下烧结的梯度硬质合金,采用SEM和EPMA研究了梯度层的微观结构和元素浓度分布,并通过热、动力学数据库进行了计算模拟,计算模拟结果与实验数据吻合。本工作探讨了热、动力学计算模拟在梯度硬质合金的设计和研发中的应用示范,为新型高性能梯度硬质合金的开发提供理论支撑。     

Ni-Re与Co-Re二元体系的热力学研究及相图

运用CALPHAD方法和Thermo-Calc软件,对Ni-Re和Co-Re二元系的热力学参数进行了重新评估,得到了与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好的热力学数据。根据得到的热力学数据,对Ni-Re和Co-Re相图进行了重新优化,建立了更为合理的二元系相图。计算所得一系列热力学参数,可作为外推建立Ni-Co-Re等高元体系数据库的基础。     

金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例

通过第一性原理计算研究,能够揭示和阐明材料相关表面与界面热力学性质,这是通向纳米和界面材料设计自由的重要一步,即以理想性能为目标,科学设计制备工艺参数,针对性地调控材料微观结构.以SnO2纳米颗粒表面和原位内氧化制备获得的Ag-SnO2界面计算研究为例,系统介绍这一计算研究策略.基于缺陷热力学模型,构建不同环境温度和氧分压条件下所对应的热力学平衡状态的表面和界面结构模型,计算评估其相应性能.通过一系列的第一性原理能量学计算,进一步构建出平衡状态的表面与界面相图.这些相图能够充分描述制备和服役过程中,工况对材料表面和界面微观结构和相应性能的影响和作用关系.介绍和讨论如何应用这些相图理解和科学设计相应材料的制备工艺.     

Al-Zn-Fe三元系相平衡优化及实验验证

结合最新报道的Al-Zn-Fe三元系热力学数据,利用CALPHAD技术,对Al-Zn-Fe三元系的热力学模型参数进行优化;并制备Al96.75Zn3.25/Fe(at%)扩散偶,将其在300 ℃下退火52.5天后取出水淬,利用EPMA对扩散层中存在的相进行检测.研究结果表明,优化后的Al-Zn-Fe三元数据计算所得各二元系相图、三元等温截面相图及热力学数据与实验值相符,该模型及参数可作为向高元体系外推的基础.     

Fe-O二元系液相区的试验分析与热力学参数优化

采用无容器激光悬浮加热技术，结合扫描电子显微镜和电子探针显微分析等，对Fe-O二元系液相区进行了相平衡研究。结果表明：Fe-O二元系液相存在溶解度间隙，即存在金属液相与氧化物液相。采用相图计算(CALPHAD)方法并结合试验测得的相平衡信息，对Fe-O二元系液相的热力学参数进行了重新优化，获得了自洽的热力学参数，可为该体系热力学性质的评估提供可靠的数据支撑。     

相图及其在钛电解新工艺和钛合金设计中的应用

相图是材料设计的指导书、冶金工作者的地图和热力学数据的源泉。简要概述了近年来相图计算研究的进展,举例说明了Ti-C-O三元系及其亚二元系相图在钛电解新工艺研究中的应用及Ti-Al相图在钛合金设计中的应用,并在文献中列出了新的可靠的合金和化合物相图的来源。最后指出,进一步测定Ti-C-O三元系中TiC-TiO固溶体的精确固溶范围及其与其它相的相关系对于直接电解TiO2提取金属钛新工艺的工业化有重要意义。